第 7 章 供配电系统的继电保护 第一节 继电保护的基本知识第二节 常用的保护继电器第三节 电力线路的继电保护第四节 电力变压器的继电保护第五节 高压电动机的继电保护第六节 6~10kV电容器的继电保护第七节 配电系统微机保护

第一节 继电保护的基本知识 继电保护防止因短路故障或不正常运行状态造成电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性，因此，电保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容．本章讲述继电保护的基本知识和理论，继电保护的整定计算方法。

继电保护装置：就是能反应供配电系统中电器设备发生的故障或不正常运行状态 , 并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种装置。

一、继电保护的任务

1 ．自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除，使其它非故障部分迅速恢复正常供电。

2 ．正确反应电器设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便运行人员采取措施，恢复电器设备的正常运行。

3 ．与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置，备用电源自动投入装置等）配合，提高供配电系统的供电可靠性。

二、对继电保护的要求

1. 选择性：当供配电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障设备，使停电范围最小，保证系统中无故障部分仍正常工作。

2. 可靠性：继电保护在其所规定的保护范围内，发生故障或不正常运行状态，要准确动作，不应该拒动作；发生任何保护不应该动作的故障或不正常运行状态，不应误动作。 如图 7-1 所示系统 K 点发生短路，保护 3 不应该拒动作，保护 1 和保护 2 不应该误动作。

3. 速动性：发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。4. 灵敏性：灵敏性是指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行状态的反应能力。在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。继电保护的灵敏性通常用灵敏度KS 来衡量，灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。灵敏度 Ks

按下式计算：

三、继电保护的基本工作原理

供配电系统发生故障时，会引起电流增大、电压降低、电压和电流间相位角改变等。因此，利用上述物理量故障时与正常时的差别，可构成各种不同工作原理的继电保护装置。继电保护的种类很多，但是其工作原理基本相同，它主要由测量、逻辑和执行三部分组成，如图 7-2 所示。

1. 测量部分

测量被保护设备的某物理量，和保护装置的整定值进行比较，判断被保护设备是否发生故障，保护装置是否应该起动。

2. 逻辑部分：逻辑部分根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序，使保护装置按一定的逻辑关系工作，输出信号到执行部分。

3. 执行部分：执行部分根据逻辑部分的输出信号驱动保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。

四、电流保护的接线方式和接线系数

电流保护的接线方式是指电流保护中的电流继电器与电流互感器二次绕组的连接方式。为了便于分析和保护的整定计算，引入接线系数 Kw ，它是流入继电器的电流 IKA 与电流互感器二次绕组电流 I2 的比值，即

 1. 三相三继电器接线方式

三相三继电器接线方式又称完全星形接线。它能反应各种短路故障，流入继电器的电流与电流互感器二次绕组电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于 1, 即 Kw=1 。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。

2.两相两继电器接线方式

两相两继电器接线方式又称不完全星形接线。由于 B相没有装设电流互感器和电流继电器，它不能反应单相短路，只能反应相间短路，其接线系数在各种相间短路时均为 1 。

此接线方式主要用于小接地电流系统作相间短路保护用。

3.两相一继电器接线方式

流入继电器的电流为两电流互感器二次绕组电流之差， ，因此又称两相电流差接线。

A 、 C两相短路时， KW=2 ，； A 、 B 或 B 、 C两相短路时，KW=1 ；可反应各种相间短路，但其接线系数随短路种类不同而不同，保护灵敏度也不同，主要用于高压电动机的保护。

第二节 常用的保护继电器保护继电器的种类：

（ 1 ）按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器；

（ 2 ）按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等；

（ 3 ）按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器；

（ 4 ）按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。

常用的继电器主要是电磁式和感应式继电器。

一、电磁式继电器1. 电磁式电流继电器

（ 1 ）文字符号和图形符号 文字符号： KA

（ 2 ）结构和工作原理 使过电流继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用 Iop.kA 表示。

使继电器返回到起始位置的最大电流，称为继电器的返回电流，用 Ire.KA 表示。

继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数 Kre ，即电磁式电流继电器的返回系数通常为 0.85 。

（ 3 ）动作电流的调节 调节电磁式电流继电器的动作电流的方法有两种：

①改变调整杆 6 的位置来改变弹簧的反作用力，进行平滑调节。

②改变继电器线圈的连接。当线圈由串联改为并联时，继电器的动作电流增大一倍，进行级进调节。2. 电磁式电压继电器

（ 1 ）文字符号和图形符号（ KV ）

（ 2 ）结构和工作原理 与 DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。

电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两种。过电压继电器的返回系数通常为 0.8 ；欠电压继电器的返回系数通常为 1.25 。

3. 电磁式时间继电器

时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。

（ 1 ）文字符号： KT

（ 2 ）结构和工作原理

由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。

（ 3 ）动作时限调整：通过改变主静触头的位置，即改变主动触头的行程获得。

4. 电磁式信号继电器

信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。

文字符号： KS 

5. 电磁式中间继电器

中间继电器在继电保护装置中用于弥补主继电器触头容量或触头数量的不足。

文字符号： KM 

二、感应式电流继电器（图 7-14 ； P169 ）1.文字符号和图形符号——文字符号： KA

2.结构和工作原理

感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。

反时限动作 :继电器线圈中的电流越大，动作时限越短。

速断动作 :继电器线圈中的电流增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁将衔铁瞬时吸下。

感应式电流继电器的这种有一定限度的反时限动作特性，称为“有限反时限特性”。

3. 动作电流和动作时限的调节

     (1) 继电器的动作电流的调节

用插销 16改变线圈抽头（匝数）进行级进调节；也可以用调节弹簧 7 的拉力进行平滑调节。

     (2) 继电器的动作时限的调节

用螺杆 13改变扇形齿轮顶杆行程的起点进行调节。继电器速断电流倍数可用螺钉 14改变衔铁与电磁铁之间的气隙进行调节。

第三节 电力线路的继电保护一、电力线路的常见故障

1. 常见故障：

相间短路、单相接地、过负荷。

2. 保护配置：

配置相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。

电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护。

电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。

可能经常过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。

二、过电流保护

当通过线路的电流大于继电器的动作电流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。由于采用的继电器不同，其时限特性有两种：由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。分为定时限过电流保护、反时限过电流保护。

1.过电流保护的接线和工作原理

（ 1 ）定时限过电流保护装置的接线和工作原理

（ 2 ）反时限过电流保护装置的接线和工作原理

定时限过电流保护装置的接线图

2. 保护整定计算

过电流保护的整定计算有动作电流整定，动作时限整定和灵敏度校验三项内容。

（ 1 ）动作电流整定

过电流保护装置的动作电流必须满足下列两个条件：

a. 正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流 Iop1 应大于线路的最大负荷电流 IL.max （正常过负荷电流和尖峰电流），即 Iop1>IL.max

      b. 保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置 , 即保护装置一次侧的返回电流 Ire1 大于线路的最大负荷电流IL.max （应包含电动机的自起动电流），即 Ire1>IL.max

由于过电流保护 Iop1 大于 Ire1 ，所以，以 Ire1 ＞ IL.max 整定动作电流，同时引入可靠系数 Krel ，将不等式改写成等式。继电器的动作电流 Iop.KA 为

式中 ,Krel 为可靠系数 ,DL型继电器取 1.2 ， GL型继电器取 1.3 ； Kw

为接线系数，由保护的接线方式决定； Kre 为继电器的返回系数， DL

型继电器取 0.85 ， GL型继电器取 0.8 ； Ki 为电流互感器变比。 IL.max= （ 1.5~3.0 ） Ic

保护装置一次侧的动作电流为

（ 2 ）动作时限整定

a. 定时限过电流动作时限整定

为保证动作的选择性，自负载侧向电源侧，后一级线路的过电流保护装置的动作时限应比前一级线路保护的动作时限大一个时限级差 Δt ，即按阶梯原则进行整定：

                  t1=t2+ t⊿

      式中 ,⊿t 为时限级差，定时限过电流保护取 0.5s ，反时限过电流取 0.7s 。

b. 反时限过电流保护动作时限整定

在整定反时限过电流保护的动作时限时应指出某一动作电流倍数（通常为 10倍）时的动作时限。为保证动作的选择性，反时限过电流保护时限整定也应按照“阶梯原则”来确定，即上下级线路的反时限过电流保护在保护配合点K 点发生短路时的时限级差为 Δt=0.7s 。

动作时限整定具体步骤如下：

a 、计算线路 2WL首端 K 点三相短路时保护 2 的动作电流倍数 n2 。

式中， 为 K 点三相短路时，流经保护 1继电器的电流， ， Kw.2 和 Ki.2

分别为保护 1 的接线系数和电流互感器变比。

b 、由 n2 从特性曲线 2 求 K 点三相短路时保护 2 的动作时限t2 。c 、计算 K 点三相短路时保护 1 的实际动作时限 t1 ， t1 应较t2 大一个时限级差 Δt ，以保证动作的选择性，即

d 、计算 K 点三相短路时，保护 1 的实际动作电流倍数n1 。

式中， 为 K 点三相短路时，流经保护 2继电器的电流， ， Kw.2 和 Ki.2 分别为保护 2 的接线系数和电流互感器变比。

（ 3 ）保护灵敏度校验

过电流保护的灵敏度用系统最小运行方式下线路末端的两相短路电流 进行校验。

式中， Iop1 为保护装置一次侧动作电流。

例 7-1试整定图所示线路 1WL 的定时限过电流保护。已知1TA 的变比为 750/5A ，线路最大负荷电流（含自启动电流670A ，保护采用两相两继电器接线，线路 2WL 定时限过电流保护的动作时限 0.7s ，最大运行方式时 K1 点三相短路电流 4kA ， K2 点三相短路电流 2.5kA ，最小运行方式时K1 和 K2 点三相短路电流分别为 3.2kA 和 2kA 。

解： 1 、整定动作电流

选 DL-11/10 电流继电器，线圈并联，整定动作电流 7A

过电流保护一次侧动作电流为

2 、整定动作时限

线路 1WL 定时限过电流保护的动作时限应较线路 2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差 Δt 。

3 、校验保护灵敏度

保护线路 1WL 灵敏度按线路 1WL末端最小两相短路电流校验：

由此可见，保护整定满足灵敏度要求。

三、电流速断保护 线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大，这是过电流保护的不足。因此 GB50062-92 规定当过电流保护动作时限超过 0.5~0.7s 时，应装设瞬动的电流速断保护。

1. 电流速断保护的接线和工作原理

2. 电流速断保护的整定

（ 1 ）动作电流整定

为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流 Iop1 ＞ IK.max ，速断保护动作电流整定值为

式中， IK.max 为线路末端最大三相短路电流； Kre1 为可靠系数， DL型继电器取 1.3 ， GL型继电器取1.5； Kw 为接线系数； Ki 为电流互感器变比。对 GL型电流继电器 ，还要

整定速断动作电流倍数，即 需要注意的是，电流速断保护的动作电流大于线路末端的最大三相短路电流，电流速断保护存在保护死区。只能保护线路的一部分，线路不能被保护的部分称为保护死区，线路能被保护的部分称为保护区。

（ 2 ）灵敏度校验 只能用线路首端最小两相短路电流 校验，即 例 7-2 试整定例 7-1 中线路 1WL 的电流速断保护。已知线路 1WL首端最小三相短路电流为 9.2kA 。解：电流速断保护和过电流保护共用电流互感器和出口中间继电器。电流速断保护需整定动作电流和校验灵敏度。（ 1 ）动作电流整定

选 DL-11/50 电流继电器，线圈并联，整定动作电流 35A 。速断保护一次侧动作电流为

（ 2 ）灵敏度校验 :以线路 1WL首端最小两相短路电流校验

电流速断保护整定满足要求。

例 7-3 图所示的 10kV 线路 1WL 和 2WL 都采用 GL-15/10电流继电器构成两相两继电器接线的过电流保护。已知 1TA的变比为 100/5A ， 2TA 的变比为 75/5A ， 1WL 的过电流保护动作电流整定 9A ， 10倍动作电流的动作时间为1s ， 2WL 的计算电流为 36A ， 2WL首端三相短路电流为 900A ，末端三相短路电流 320A 。试整定线路 2WL 的保护。

解：线路由 GL-15/10 感应式电流继电器构成两相式过电流保护和电流速断保护

（ 1 ）过电流保护 ①动作电流

整定继电器动作电流 8A ，过电流保护一次侧动作电流为

②动作时限整定 由线路 1WL 和 2WL 保护配合点 K1 ，整定 2WL 的电流继电器动作时限曲线。

a 、计算 K1 点短路 1WL 保护的动作电流倍数 n1 和动作时限 t1 ：

由 n1 查 GL-15 电流继电器 t|n=10=1s特性曲线，得t1=1.4s b 、计算 K1 点短路 2WL 保护的动作电流倍数 n2 和动作时限 t2 。

c 、由 n2 和 t2 从 GL-15 电流继电器动作特性曲线查得10 倍动作电流动作时限 0.6s ③灵敏度校验 ＞ 1.5

2WL过电流保护整定满足要求 （ 2 ）电流速断保护 ①动作电流整定

整定速断保护动作倍数 4倍，一次侧动作电流为

②灵敏度校验 ＞ 1.5

2WL 电流速断保护整定满足要求。

四、单相接地保护

  1. 多线路系统单相接地分析

（ 1 ）流过接地线路的总接地电流 IE等于所有在电气上有直接联系的接地电容电流之和 IC∑

减去接地线路的接地电容电流 Ic 。

（ 2 ）流过非接地线路的接地电容电流就是该非接地故障线路的接地电容电流 Ici 。

2 ．单相接地保护

（ 1 ）单相接地保护的接线和工作原理

架空线路用三只电流互感器构成零序电流互感器，电缆线路用一只零序电流互感器。实现有选择性的单相接地保护，又称零序电流保护。

（ 2 ）动作电流整定

系统中其它线路发生单相接地，被保护线路流过接地电容电流 IC 时，单相接地保护不应动作，即

式中， Kre1 为可靠系数，保护装置不带时限时，取 Kre1=4~5 ，保护装置带时限时，取 Kre1=1.5~2 ； Ki 为零序电流互感器的变比。

（ 3 ）灵敏度校验

被保护线路发生单相接地，流过接地电容电流 ，单相接地保护应可靠动作。

保护装置一次侧动作电流为

3.绝缘监视装置

在变电所每段母线上装一只三相五柱电压互感器或三只单相三绕组电压互感器，在接成 Y 的二次绕组上接三只相电压表，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。系统发生单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，非故障相对地电压升高 倍，近似为线电压。同时，开口三角形绕组两端电压也升高，近似为 100V ，电压继电器动作，发出单相接地信号。因此，绝缘监视装置又称为零序电压保护 , 无选择性。

运行人员可根据接地信号和电压表读数，判断哪一段母线、哪一相发生单相接地，但不能判断哪一条线路发生单相接地，因此绝缘监视装置是无选择性的。只能采用依次拉合的方法，判断接地故障线路。

五、过负荷保护 1. 接线和工作原理

2. 保护整定

   (1)过负荷保护的动作电流按线路的计算电流 Ic 整定，即

式中， Krel 为可靠系数，取 1.2~1.3 ； Ki 为电流互感器之比。 (2)动作时间

一般整定 10s~15s 。

第四节 电力变压器的继电保护一、电力变压器的常见故障和保护配置

1. 常见故障

常见故障分短路故障和不正常运行状态。

  (1) 变压器的短路故障

按发生在变压器油箱的内外，分内部故障和外部故障。内部故障有匝间短路、相间短路和单相碰壳故障。外部故障有套管及其引出线的相间短路、单相接地故障。

(2)变压器的不正常运行状态有过负荷、油面降低和变压器温度升高等。

2. 保护配置

   (1) 装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路；

(2)800kVA 以上油浸式变压器和 400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护 装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；

   (3)单台运行的变压器容量在 10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在 6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于保护内部故障和引出线相间短路；

   (4) 装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高。

二、变压器二次侧短路流经一次侧的穿越电流和电流保护的接线方式变压器电流保护的基本原理与电力线路保护类似，但由于变压器的接线组别和保护的接线方式，变压器二次侧短路时流经一次侧的穿越电流分布不同，将影响变压器保护的灵敏度。1 ． Yyno联结的变压器二次侧单相短路时一次侧的穿越电流 Yyno联结的变压器，二次侧发生单相短路时，一次侧穿越短路电流分布不对称， B 相为 ,A 相和 C 相为 （ K 为变压器的变比）。

见向量图

2 ． Yd11联结的变压器二次侧两相短路时一次侧的穿越电流

Yd11联结的变压器二次侧 a 、 b 相发生两相短路，一次侧的短路穿越电流 B 相为 ， A 、 C 相为 。

3 ．变压器电流保护的接线方式

(1)两相两继电器式接线 （适用于相间短路保护）

对 Yyno联结的变压器，二次侧发生单相短路时，流经保护装置穿越电流仅为二次侧的三分之一（设变压器变比为 1 ），保护灵敏度只有相间保护的三分之一。

对 Yd11联结的变压器二次侧 ab两相短路，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的 ，保护灵敏度也将降低。

(2)两相一继电器式接线 （保护灵敏度随短路种类而异）

但 Yyno联结的变压器二次侧发生单相短路和 yd11联结的变压器二次侧发生两相短路，保护装置不动作，因此，该连线方式不能用于 Yyno联结的变压器的电流保护。

三、变压器的电流保护1. 变压器的过电流保护

(1) 接线和工作原理

和线路过电流保护的接线、工作原理完全相同。

(2) 变压器过电流保护整定

和线路过电流保护的整定类似。

a. 继电器的动作电流整定

式中， I1N 为变压器一次侧额定电流；可靠系数 Kre1 、接线系数 Kw 、返回系数 Kre 同线路过电流保护； Ki 为电流互感器的变比。

 b. 动作时限

变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个 Δt 。对车间变电所的变压器过电流保护动作时限，一般取 0.5~0.7s 。

c. 灵敏度校验    

式中， I （ 2 ） 'K.min 为变压器二次侧在系统最小运行方式下

发生两相短路时一次侧的穿越电流。2. 变压器电流速断保护

(1) 接线和工作原理

和线路速断保护的接线、工作原理完全相同。

(2) 变压器电流速断保护整定

和线路过电流保护的整定类似。

a. 动作电流

式中， 为变压器二次侧母线在系统最大运行方式下三相短路时一次侧的穿越电流； Kre1 为可靠系数，同线路的电流速断保护。

b. 灵敏度校验

与线路速断保护灵敏度校验一样，以变压器一次侧最小两相短路电流 进行校验，即

3. 变压器的零序电流保护

     Yyn0 连接的变压器二次侧单相短路时，若变压器过电流保护的灵敏度不满足要求，可在变压器二次侧零线上装设零序电流保护。(1) 接线和工作原理

(2) 整定

a. 动作电流

零序电流保护的动作电流按躲过变压器二次侧最大不平衡电流整定，最大不平衡电流取变压器二次侧额定电流的 25% ，即

式中， Krel 为可靠系数，取 1.2 ；Ki 为零序电流互感器的变比； I2N

为变压器二次侧的额定电流。

b. 动作时间

零序电流保护的动作时间一般取 0.5~0.7s ，以躲过变压器瞬时最大不平衡电流。

c. 灵敏度校验

按变压器二次侧干线末端最小单相短路电流 校验。

4. 变压器的过负荷保护

运行中可能出现过负荷的变压器应装设过负荷保护。接线和工作原理同线路的过负荷保护；动作电流整定按变压器一次侧额定电流整定；动作时间一般整定10s~15s 。例 7-4 某总降变电所有一台

35/10.5kV 、 2500kVA 、 Yd11联结组变压器一台。已知变压器 10kV母线的最大三相短路电流 1.4kA ，最小三相短路电流 1.3kA ， 35kV母线的最小三相短路电流1.25kA ，保护采用两相两继电器接线，电流互感器变比为100/5A ，变电所 10 kV 出线过电流保护动作时间 1s ，试整定变压器的电流保护。

解：因无过负荷可能，变压器装设定时限过电流保护和电流速断保护，保护采用两相两继电器接线。

1 ．定时限过电流保护

（ 1 ）动作电流整定

选 DL-11/10 电流继电器，线圈并联，动作电流整定Iop.KA(oc)=6A

保护一次侧动作电流 （ 2 ）动作时间整定

（ 3 ）灵敏度校验

＞ 1.5

2 ．电流速断保护

（ 1 ）动作电流整定

选 DL-11/50 电流继电器，线圈串联，动作电流整定 Iop.KA(qb)=25A

保护一次侧动作电流

（ 2 ）灵敏度校验

＞ 2.0

变压器电流保护灵敏度满足要求 .

四、变压器的气体保护气体保护是保护油浸式电力变压器内部故障的一种主要保护装置。按 GB50062-92 规定， 800kVA及以上的油浸式变压器和 400kVA及以上的车间内油浸式变压器均应装气体保护。

1 ．气体继电器的结构和工作原理

FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器的结构示意图。

当变压器油箱内部故障时，电弧的高温使变压器油分解为大量的油气体，气体保护就是利用这种气体来实现保护的装置。

变压器正常运行：气体继电器容器内充满油，上、下两对干簧触点处于断开位置。

轻瓦斯动作：变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体较少，气体缓慢上升，上干簧触点闭合，发出报警信号。

重瓦斯动作：变压器油箱内部发生严重故障时，产生大量的气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过联通管冲向油枕，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。

变压器油箱严重漏油：随着气体继电器内的油面逐渐下降，首先上触点闭合，发出报警信号，接着下触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸。

2 ．气体保护的接线 （如图）

3 ．气体保护的安装和运行

气体继电器安装在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，要求变压器安装时应有 1~1.5%的倾斜度；

变压器在制造时，联通管对油箱上盖也应有 2~4%倾斜度。

五、变压器的差动保护GB50062-92 规定 10000kVA及以上的单独运行变压器和 6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300kVA及以下单独运行的重要变压器，也可装设差动保护。当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜装设差动保护。

1 ．差动保护的工作原理

变压器的差动保护原理接线如图所示。在变压器两侧安装电流互感器，其二次绕组串联成环路，继电器 KA（或差动继电器 KD ）并接在环路上，流入继电器的电流等于变压器两侧电流互感器的二次绕组电流之差，即

Iub 为变压器一、二次侧的不平衡电流。

变压器正常运行或差动保护的保护区外短路时，流入差动继电器的不平衡电流小于继电器的动作电流，保护不动作。在保护区内短路时，对单端电源供电的变压器

， ，远大于继电器的动作电流，继电器 KA瞬时动作，通过中间继电器 KM ，使变压器两侧断路器跳闸，切除故障。

2 ．变压器差动保护中不平衡电流产生的原因和减小措施

（ 1 ）变压器联结组引起的不平衡电流

将变压器星形接线侧的电流互感器接成三角形接线，变压器三角形接线侧的电流互感器接成星形接 线，这样变压器两侧电流互感器的二次侧电流相位相同，消除了由变压器联结组引起的不平衡电流。

（ 2 ）电流互感器变比引起的不平衡电流

利用差动继电器中的平衡线圈或自耦电流互感器消除由电流互感器变比引起的不平衡电流。

（ 3 ）变压器励磁涌流引起的不平衡电流

利用速饱和电流互感器或差动继电器的速饱和铁心减小励磁涌流引起的不平衡电流。

3 ．变压器的差动保护方式

变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种有效措施消除不平衡电流的影响。

目前我国广泛应用下列几种类型继电器构成差动保护：

（ 1 ）带短路线圈的 BCH-2型差动继电器；

（ 2 ）带磁制动特性的 BCH-1型差动继电器；

（ 3 ）多侧磁制动特性的 BCH-4型差动继电器；

（ 4 ）鉴别涌流间断角的差动继电器；

（ 5 ）二次谐波制动的差动继电器。

有关上述各种差动继电器的接线和整定计算，因篇幅有限这里仅介绍 BCH-2型差动保护。

4. BCH-2型变压器差动保护

（ 1 ） BCH-2型差动继电器

  BCH-2型差动继电器，由一个带短路线圈的速饱和变压器和一个执行元件 DL-11/0.2 电流

继电器组成，如图所示。

在速饱和变流器铁芯的中间芯柱上绕有一个差动线圈Wd 、两个平衡线圈Weq1 和 Weq2 和一个短路线圈WK′ 。左侧芯柱上绕有一个短路线圈WK″, WK′和 WK″接成闭合回路，它们产生的磁通在左侧芯柱上是同相的。右侧芯柱上绕有一个二次线圈W2 ，与执行元件相接。平衡线圈的作用是用于平衡由于变压器差动保护二侧电流互感器二次电流不等所引起的不平衡电流。短路线圈的作用是消除励磁涌流的影响。当变压器外部短路或空载投入，在差动回路出现不平衡电流或励磁涌流存在较大的非周期分量时，速饱和变流器迅速饱和，使周期分量的传变工作变坏，从而继电器不动作。

（ 2 ） BCH-2型变压器差动保护接线

BCH-2型变压器差动保护接线图见图，（ a ）为双绕组变压器BCH-2型 差动保护单相原理接线图，若保护三绕组变压器，变压器第三侧的电流互感器的二次线圈接 BCH-2型差动继电器的端子④，（ b ）为变压器差动保护展开图，采用两相两继电器式接线。

(3) BCH-2型变压器差动保护的整定

①按平均电压及变压器最大容量计算变压器各侧额定电流 INT ，按 KW 、 INT 选择各侧电流互感器一次额定电流。按下式计算出电流互感器二次回路额定电流 IN2 ：

式中， KW 为三相对称情况下电流互感器的接线系数，星型接线时为 1 ，三角形接线时为 ； Ki 为电流互感器的变比。②差动保护基本侧的一次侧动作电流整定

差动保护基本侧的一次侧动作电流应满足下面三个条件：

  a ）躲过变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流，即

式中， Kre1 为可靠系数，取 1.3 ； I1N 为变压器一次侧的额定电流。

b ）躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流 Idsq.max

式中， Kre1 为可靠系数，取 1.3 ； Idsq.max 可按下式计算：

式中， 0.1 为电流互感器允许的最大相对误差； Keq 为电流互感器的同型系数，型号相同时取 0.5 ，型号不同时取 1 ； ΔU% 为由变压器调压所引起的误差，一般取调压范围的一半； 为采用的互感器变比或平衡线圈匝数与计算值不同时，所引起的相对误差 , 在计算之初不能确定时可取 5% ； 为保护范围外部短路时的最大短路电流。

c ）电流互感器二次回路断线时不应误动作，即躲过变压器正常运行时的最大负荷电流 IL.max 。负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流 INT 。

式中， Kre1 为可靠系数，取 1.3 。 ③继电器差动线圈匝数的确定

    a ．三绕组变压器：基本侧直接接差动线圈，其余两侧接相应的平衡线圈。基本侧继电器的动作电流为

基本侧继电器差动线圈计算匝数Ｗ d.c 为 式中， AW0 为继电器动作安匝，无实测值时可采用额定值 AW0=60安匝。 按继电器线圈实有抽头选择较小而相近的匝数作为差动线圈的整定匝数 WOP 。

根据 WOP再计算基本侧实际的继电器动作电流

b ．双绕组变压器：两侧电流互感器分别接于继电器的两个平衡线圈上。确定基本侧的继电器动作电流及线圈匝数的计算与三绕组变压器方法相同。 依继电器线圈实有抽头，选用差动线圈的匝数 Wd 和一组平衡线圈匝数 Weq1 之和，较差动线圈计算匝数 Wdc 小而近似的数值。基本侧的整定匝数 Wd.op 为

④非基本侧平衡线圈匝数的确定 a ．双绕组变压器平衡线圈的计算匝数式中， 为接有平衡线圈Ⅰ、Ⅱ的电流互感器二次侧额定电流。

ｂ．三绕组变压器平衡线圈计算匝数分别为

式中， IN2 为基本侧电流互感器二次额定电流。

⑤计算

式中， 为平衡线圈计算匝数； 为平衡线圈整定匝数； 为差动线圈整定匝数。

若 时，则需将其代入上式重新计算动作电流。

⑥短路线圈抽头的确定

短路线圈有 4 组抽头可供选择，短路线圈的匝数越多，躲过励磁涌流的性能越好，但继电器的动作时间越长。因此所选抽头匝数是否合适，应在保护装置投入运行时，通过变压器空载试验确定。⑦灵敏系数校验

式中， IIK 、 IIIK 、 IIIIK 为变压器出口处最小短路时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧流进继电器线圈的电流； WIW 、 WIIW 、 WIIIW 为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧电流在继电器的实际工作匝数（工作匝数为各侧平衡线圈匝数与差动匝数之和）。

有时也用如下简化公式： 式中， IKD 为最小故障时流入继电器的总电流； IOP.KD 为继电器的整定电流。 双绕组变压器灵敏度计算与上述相同，只是第三侧数字为零。

例 7-5 试整定双绕组变压器的 BCH-2型差动保护。已知变压器技术参数： 15MVA, 35±2×2.5%/10.5kV, yd11,Uk

%=7.5 ；变压器 35 kV母线三相短路电流 母线三相短路 归算到 35KV 的短路电流 ，10kV侧最大负荷电流为 780A 。

解： 1. 计算变压器额定电流、选出电流互感器变比、求出电流互感器二次回路额定电流，计算结果如表所示。

表:变压器额定电流、电流互感器变比、电流互感器二次回路额定电流

由表可见， 10kV侧电流互感器二次回路额定电流较 35kV侧大，因此，以 10kV侧为基本侧。

名称 各侧数值 35kV 10kV

变压器额定电流（ A ） 变压器绕组接线方式 y d

电流互感器接线方式 Y D

电流互感器计算变比

选用电流互感器变比 电流互感器二次回路额定电流

2. 计算差动保护 10kV侧的一次侧动作电流

（ 1 ）按躲过励磁涌流

（ 2 ）按躲过外部最大不平衡电流

（ 3 ）按躲过电流互感器二次回路断线

因此，应躲过外部最大不平衡电流选择 10KV侧一次侧动作电流为 1466A 。

3. 确定线圈接法和匝数

35kV 和 10KV侧电流互感器分别接平衡线圈WeqI ， WeqII

基本侧（ 10KV侧）继电器动作电流为

基本侧差动线圈计算匝数为

其中取差动线圈匝数 Wd6 匝 ,平衡绕组线圈匝数 WeqI 2匝。

4. 确定 35KV侧平衡线圈Ⅱ的匝数

选择平衡绕组Ⅱ线圈匝数 WeqII 为 3匝。

5. 计算由实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差

所以，不需要重新计算动作电流。

6.初步确定短路线圈的抽头：选用 C1-C2 抽头。

7. 灵敏度校验

按 10kV侧最小两相短路电流校验， 35kV侧继电器通过的电流为

校验结果，灵敏度满足要求。

第五节 高压电动机的继电保护一、高压电动机的常见故障和保护配置1. 常见故障

定子绕组相间短路；单相接地；电动机过负荷；低电压；同步电动机失磁、失步等。

2. 保护配置 对 2000kW 以下的高压电动机相间短路，装设电流速断保护；

对 2000kW及以上的高压电动机或电流速断保护灵敏度不满足要求的高压电动机，装设差动保护。

对易发生过负荷的电动机，应装设过负荷保护。

对不重要的高压电动机或不允许自起动的电动机，应装设低电压保护。

高压电动机单相接地电流大于 5A 时，应装设有选择性的单相接地保护。

二、高压电动机的过负荷保护和电流速断保护1. 保护用继电器

一般采用 GL型感应式电流继电器。不易过负荷的电动机，如风机、水泵的电动机，也可采用 DL型电磁式继电器构成电流速断保护。２．接线方式（如图）

采用两相一继电器式接线，当灵敏度不符合要求或2000kW及以上电动机采用两相两继电器式接线。 3.  电动机过负荷保护的动作电流整定

过负荷保护的动作电流为

式中， Krel 为可靠系数，取 1.3 ； Kre 为继电器的返回系数； IN.M 电动机的额定电流。

4. 电动机的电流速断保护动作电流整定 动作电流按躲过电动机的最大启动电流 Ist.max 整定，即

式中， Krel 为可靠系数，对 DL型继电器取 1.4~1.6 ， GL型取 1.8~2.0 。

5. 电流速断保护灵敏度校验：

≥2

式中， I （ 2 ）K.min 为电动机端子处最小两相短路电流；

Iopl 为电流速断保护一次侧动作电流。

三、高压电动机的单相接地保护

1. 接线和工作原理

2.单相接地保护动作电流整定

单相接地保护动作电流按躲过其接地电容电流 IC.M 整定：式中， Ic.M 指躲过其接地电容电流； Krel 为可靠系数，保护瞬时动作取 4~5 。

3. 灵敏度校验

单相接地保护灵敏度按电动机发生单相接地时的接地电容电流校验，即

第六节   6~10kV 电容器的继电保护一、 6~10kV 电容器的常见故障和保护设置１、常见故障和不正常运行状态：

　　电容器组和断路器连接线上的相间短路、电容器引出线上的相间短路、电容器内部故障、单相接地等。

２、保护配置：

容量在 400kVar 以上的电容器组一般采用断路器控制，装设电流速断保护，作为电容器的相间短路保护。

容量在 400kVar及以下的电容器一般采用带熔断器的负荷开关进行控制和保护。

对电容器内部故障和引出线短路，一般将电容器分组，每组 3~5只电容器，在每组电容器装设熔断器保护。

二、电容器的电流速断保护1. 接线和工作原理

2. 电流速断保护的动作电流整定

电流速断保护的动作电流按躲过电容器投入时的冲击电流整定，即

式中， Krel 为可靠系数，取 2~2.5 ； IN.c 为电容器组的额定电流。

3. 灵敏度校验

灵敏度按电容器组端子上最小两相短路电流进行校验：

≥2

第七节 配电系统微机保护一、配电系统微机保护的现状和发展１．常规的模拟式继电保护缺点：（ 1 ）没有自诊断功能，元件损坏不能及时发现，易造成 严重后果。（ 2 ）动作速度慢，一般超过 0.02s 。（ 3 ）定值整定和修改不便，准确度不高。（ 4 ）难以实现新的保护原理或算法。（ 5）体积大、元件多、维护工作量大。２．微机保护的优点： 　　

充分利用和发挥微型控制器的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，克服模拟式继电保护的不足，获得更好的保护特性和更高的技术指标。

二、配电系统微机保护的功能

1. 保护功能

2. 测量功能

 3. 自动重合闸功能

 4. 人机对话功能

5. 自检功能

  6.事件记录功能

  7.报警功能

  8. 断路器控制功能

  9. 通信功能

 10.实时时钟功能

三、微机保护装置的硬件结构

微机保护装置的结构由数据采集系统、微型控制器、存储器、显示器、键盘、时钟、通信、控制和信号等部分组成。

四、微机保护装置的软件系统微机保护装置的软件系统包括设定程序、运行程序和中断微机保护功能程序三部分。

习题： 1 、由于采用的继电器不同，过电流保护可以分为 和 。

        2 、电流保护的接线方式有 、 、 和 。

        3 、电流保护主要有 和 。

        4 、供配电系统中常用的继电器主要是 和 。

        5 、电力线路的保护主要有 、 和 。

答案： 1 ：定时限过电流保护、反时限过电流保护

        2 ：三相三继电器式、两相两继电器式、两相三继电器式、两相一继电器式

        3 ：过电流保护、电流速断保护

        4 ：电磁式继电器、感应式继电器

        5 ：过电流保护、电流速断保护、单相接地保护